一种薄壁曲面石英/石英天线窗的成型方法技术

本发明专利技术是一种薄壁曲面石英/石英天线窗的成型方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤一、采用丙酮浸泡与空气氛围热处理相结合的方式对石英纤维布进行预处理，以除去石英纤维表面的有机浸润剂；步骤二、根据薄壁曲面石英/石英天线窗的长宽尺寸对石英纤维布长度及宽度方向进行裁剪，形成用于天线窗铺层的石英纤维预制布；步骤三、将短切石英纤维加入硅溶胶中，浸泡1小时以上并充分搅拌得到短切石英纤维改性硅溶胶溶液；本发明专利技术采用石英纤维布作为增强体，取代了传统的纤维编织体，降低了材料成本，浸渍

【技术实现步骤摘要】
一种薄壁曲面石英/石英天线窗的成型方法


[0001]本专利技术是一种薄壁曲面石英/石英天线窗的成型方法，属于陶瓷基复合材料
，具体涉及一种薄壁曲面石英/石英天线窗的成型方法。

技术介绍

[0002]航天透波材料是保护航天飞行器在恶劣环境条件下通讯、遥测、制导、引爆等系统能正常工作的一种多功能介质材料。石英纤维增强石英陶瓷基(石英/石英)复合材料能同时满足透波、防热、承载等三项功能，是一种新型透波天线窗材料；在多种航天飞行器无线电系统中得到了广泛的应用。通常武器系统舱段部位的天线窗具有薄壁、曲面的结构特性，其最薄区域壁厚仅有1.0mm，超薄特性对天线窗的各项性能提出了苛刻的要求。传统的薄壁曲面石英/石英天线窗多为石英纤维编织的平板织物(2.5D，正交三向等)经过多次硅溶胶浸渍
‑
裂解过程形成坯体，然后经过机械加工而成。该方法的纤维编织体成本较高，而且天线窗成型周期较长，限制了石英/石英天线窗的规模化工程应用。因此，需要发展高效、低成本的石英/石英天线窗成型技术。

技术实现思路

[0003]本专利技术旨在提供一种薄壁曲面石英/石英天线窗的成型方法，以克服现有技术的不足。
[0004]一种薄壁曲面石英/石英天线窗的成型方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
[0005]步骤一、采用丙酮浸泡与空气氛围热处理相结合的方式对石英纤维布进行预处理，以除去石英纤维表面的有机浸润剂；具体做法：
[0006]a.将石英纤维浸泡于丙酮中36小时以上；
[0007]b.同时辅助以持续的超声波振动；
[0008]c.之后将石英纤维从丙酮液中拿出，在室温下晾干；
[0009]d.然后在高温烧结炉中进行热处理，保温时间为0.5～2.0小时；
[0010]e.随炉降温除去石英纤维表面的有机浸润剂；
[0011]步骤二、根据薄壁曲面石英/石英天线窗的长宽尺寸对石英纤维布长度及宽度方向进行裁剪，形成用于天线窗铺层的石英纤维预制布；
[0012]步骤三、将短切石英纤维加入硅溶胶中，浸泡1小时以上并充分搅拌得到短切石英纤维改性硅溶胶溶液；
[0013]步骤四、将步骤二得到的预制布浸渍于硅溶胶中2小时以上，取出将其铺贴在成型模具的凸模上，然后将步骤三得到的短切石英纤维改性硅溶胶均匀刷涂至刚刚铺贴的预制布表面，刷涂完后进行下一块预制布的铺贴，再在最上面的预制布表面均匀刷涂短切石英纤维改性硅溶胶，直到预制布的铺贴整体厚度达到设定厚度后，即完成铺贴；
[0014]将成型模具合模、固化、脱模、烧结，得到薄壁曲面石英/石英天线窗的共形坯体；
[0015]步骤五、将共形坯体于浸渍罐中浸渍硅溶胶，拿出后再进行固化，重复浸渍
‑
固化过程2～5次，然后进行烧结得到进一步致密化的共形坯体；
[0016]步骤六、按照产品外形尺寸对共形坯体进行机械加工得到薄壁曲面石英/石英天线窗。
[0017]其中，步骤一中所述石英纤维布为B型石英纤维平纹布或缎纹布，厚度为0.1～0.5mm；步骤二中所述短切石英纤维为B型石英纤维，长度为100～300μm。
[0018]在步骤一中，d.然后在高温烧结炉中进行热处理，保温时间为0.5～2.0小时；其热处理制度为：以1～10℃/min速率升至400～500℃，保温时间为0.5～2.0小时。
[0019]在步骤三中，硅溶胶中的二氧化硅的重量百分比为65～75％，短切石英纤维改性硅溶胶溶液中的短切石英纤维的重量百分比为10～20％。
[0020]在步骤四中，硅溶胶中的二氧化硅的重量百分比为75～85％，浸渍过程采用超声波振动辅助。
[0021]步骤四中的成型模具包括凸模、凹模和型腔，凸和凹模的曲面弧度等于天线窗的弧度，型腔的厚度等于天线窗的厚度；在成型模具在使用前，在型腔的上下表面皆喷涂一层聚四氟乙烯膜以方便脱模；成型模具的长度可进行调整以同时成型多个共形坯体。
[0022]步骤四中，硅溶胶中的二氧化硅的重量面分比为25～45％；浸渍时将浸渍罐抽至100～200Pa真空度，向其中注入硅溶胶直至硅溶胶完全淹没坯体，然后加压至0.1～0.5MPa，保压3小时以上完成浸渍。
[0023]在步骤四和步骤五中，固化制度为：以1～5℃/min的升温速度升至150～220℃，保温1小时以上，烧结制度为：以3～6℃/min的升温速度升至600～850℃，保温1～2小时，随炉冷却至室温。
[0024]在步骤五中，硅溶胶中二氧化硅的重量百分比为25～45％，浸渍时将浸渍罐抽至100～200Pa真空度，向其中注入硅溶胶直至硅溶胶完全淹没坯体，然后加压至0.1～0.5MPa，保压3小时以上完成浸渍。
[0025]一种薄壁曲面石英/石英天线窗的成型方法，包括以下有益效果：
[0026](1)采用石英纤维布作为增强体，取代了传统的纤维编织体，降低了材料成本，浸渍
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固化
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热解循环周期少，高效率成型同时降低工艺成本；
[0027](2)采用铺层方式与共形模具配合，实现天线窗近净尺寸成型，省去薄壁曲面天线窗的表面加工，保证纤维连续性，提高天线窗力学性能与表面质量；
[0028](3)成型模具的长度可进行调整以同时铺贴成型多个坯体，进一步提高生产效率，可实现天线窗的大规模生产；
[0029](4)在纤维层之间创新性引入短切石英纤维，短切石英纤维嵌入相邻两层纤维布间对纤维层进行桥接，解决了铺贴的纤维层间强度低问题；此外，在力载荷作用下，短切石英纤维充分发挥脱粘、拔出机制以及裂纹偏转机制，进一步提高天线窗层间强度与天线窗的韧性。
附图说明
[0030]图1、为本专利技术实施例中天线窗结构示意图；天线窗长度：145mm；圆弧长度：75mm；厚度：1.2mm；内表面弧度半径：102mm；外表面弧度半径：103.2mm；
[0031]图2、为本专利技术实施例中成型模具结构示意图；
[0032]图3、为本专利技术实施例中短切石英纤维对纤维层的桥接示意图。
[0033]其中，1为凸模，2为凹模，3为型腔，4为石英纤维布，5为短切石英纤维。
具体实施方式
[0034]为实现以上目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0035]一种薄壁曲面石英/石英天线窗的成型方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
[0036](1)采用丙酮浸泡与空气氛围热处理相结合的方式对石英纤维布进行预处理，以除去石英纤维表面的有机浸润剂；
[0037](2)根据薄壁曲面石英/石英天线窗的长宽尺寸对石英纤维布长度及宽度方向进行裁剪，形成石英纤维预制布用于天线窗的铺层；
[0038](3)将短切石英纤维加入硅溶胶中，浸泡1小时以上并充分搅拌得到短切石英纤维改性硅溶胶溶液；
[0039](4)将预制布浸渍于硅溶胶中2小时以上，取出将其铺贴在成型模具的凸模上，然后将短切石英纤维改性硅溶胶均匀刷涂至刚本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种薄壁曲面石英/石英天线窗的成型方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤一、采用丙酮浸泡与空气氛围热处理相结合的方式对石英纤维布进行预处理，以除去石英纤维表面的有机浸润剂；具体做法：a.将石英纤维浸泡于丙酮中36小时以上；b.同时辅助以持续的超声波振动；c.之后将石英纤维从丙酮液中拿出，在室温下晾干；d.然后在高温烧结炉中进行热处理，保温时间为0.5～2.0小时；e.随炉降温除去石英纤维表面的有机浸润剂；步骤二、根据薄壁曲面石英/石英天线窗的长宽尺寸对石英纤维布长度及宽度方向进行裁剪，形成用于天线窗铺层的石英纤维预制布；步骤三、将短切石英纤维加入硅溶胶中，浸泡1小时以上并充分搅拌得到短切石英纤维改性硅溶胶溶液；步骤四、将步骤二得到的预制布浸渍于硅溶胶中2小时以上，取出将其铺贴在成型模具的凸模上，然后将步骤三得到的短切石英纤维改性硅溶胶均匀刷涂至刚刚铺贴的预制布表面，刷涂完后进行下一块预制布的铺贴，再在最上面的预制布表面均匀刷涂短切石英纤维改性硅溶胶，直到预制布的铺贴整体厚度达到设定厚度后，即完成铺贴；将成型模具合模、固化、脱模、烧结，得到薄壁曲面石英/石英天线窗的共形坯体；步骤五、将共形坯体于浸渍罐中浸渍硅溶胶，拿出后再进行固化，重复浸渍
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固化过程2～5次，然后进行烧结得到进一步致密化的共形坯体；步骤六、按照产品外形尺寸对共形坯体进行机械加工得到薄壁曲面石英/石英天线窗。2.根据权利要求1所述的一种薄壁曲面石英/石英天线窗的成型方法，其特征在于，步骤一中所述石英纤维布为B型石英纤维平纹布或缎纹布，厚度为0.1～0.5mm；步骤二中所述短切石英纤维为B型石英纤维，长度为100～300μm。3.根据权利要求1或2所述的一种薄壁曲面石英/石英天线窗的成型方法，其特征在于，在步骤一中，d.然后在高温烧结炉中进行热处理，保温时间为0.5～2.0小时；其热处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏细胜，杨曦，毛帮笑，
申请(专利权)人：北京新风航天装备有限公司，
类型：发明
国别省市：